扬声器阻抗计。方案、说明

扬声器阻抗计。无线电电子电气工程百科全书

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该设备测量音频频段中扬声器电阻抗的模数和相位，对于构建或修改自己的扬声器的音频爱好者非常有用。了解这些参数可以让您正确配置反相器、选择和计算扬声器的分频滤波器并改善其相位响应。

电阻模量的频率依赖性，以及典型低频扬声器头线圈上的电流和电压之间的相移，如图 1 所示。 XNUMX. 低于自然谐振频率的阻抗是感性的，在谐振时它是有源的，而高于自然谐振频率的阻抗首先是容性的，然后随着信号频率的增加再次变成感性的。阻抗的相频特性使您能够获得计算和分析扬声器所需的附加信息。

扬声器阻抗计

使用此处提出的设备，可以确定 17,4 Hz ... 29,4 kHz 频率范围内的指定特性。阻抗模量和相位角的测量限值分别为|Z|= 0...200 Ohm 和f=+90°。测量结果以直流电压0...200 mV和0...+900 mV的形式反映，在数值上与相应的参数值一致。两个通用数字电压表或万用表可以连接到设备以进行更快的测量。可以使用录音机。

该仪表的工作原理，其原理图如图所示。 2如下。在覆盖整个音频频段的两个频率范围内，发生器生成两个相位相差 90° 的正弦电压（正交信号）。其中一个以稳定电流的形式提供给所研究的负载 - 扬声器或头，另一个相位超前 90°，被转换为矩形信号 - 曲流。方波相位是测量正弦电流和磁头电压之间相移的参考。如果通过线圈的电流稳定，则线圈两端的电压与阻抗模量成正比。

（点击放大）

仪表中的发生器是使用运算放大器和压控电流放大器 (ITUN) 构建的。为了保证必要的频率设置精度，发生器的声音频率范围被分为两个。双可变调谐电阻（R6和R8）与限流电阻串联。对于它们来说，需要电阻变化的指数特性（B 组）。使用开关 SA1 选择发生器频率范围：在一个位置 - 17,4 ... 1000 Hz，在另一个位置 - 530 Hz ... 29,4 kHz。

在 DA2.4 运算放大器发生器中，频率设置元件是 ITUN DA1 和 DA2.3 运算放大器上的可调相位滤波器和反相积分器，由反馈覆盖。积分器具有90°的相移，因此当相位滤波器产生-90°的相移时满足振荡器相位平衡条件。总之，相位旋转为0°。

发电机的工作频率 fG 由元件 R8、R9、C10（或 C9）决定：

为了将积分器输出端的振荡幅度维持在工作频率范围内，其输入电流必须与频率成比例变化。输出电流 DA1 的相应变化是通过可变电阻器 R5 与另一个频率设置电阻器 R6 相结合调节控制电流 ITUN（引脚 8 上）来实现的。

频段内电阻R6和R8阻值的不完美匹配导致产生的电压幅值发生变化，但自动调节电路恢复其所需值。由二极管 VD1 整流的电流与振荡幅度成比例，通过积分器 DA12 输入端的电阻器 R2.2 与通过电阻器 R13、R14 的电流进行代数求和。随着信号的增大，积分器DA2.2的输出电压减小，电流ITUN DA1也减小。结果，建立了稳定的振荡幅度，等于 2,14 V。

DA2.1上的校正积分器执行稳定DC模式的功能，形成跟踪反馈电路，并以几毫伏的精度维持DA2.4输出处的电压。

扬声器阻抗计

发电机产生的电压经电阻R15转换成相应的负载电流。由于与负载相比，该电阻器的电阻相对较低（Zn max = 200 Ohm），因此通过特殊的电压电流转换器确保参数测量范围的准确性：DA3 上的交流整流器以及 R15 ，充当与测试头相关的电流发生器。

为了澄清，如图所示。图 3 显示了由负阻转换器形成的 Howland 电流源的图（有关更多信息，请参见 V. L. Shilo 所著的《线性集成电路》。 - M：无线电和通信，1979 年。 - 大约编辑.)。

如果

电源的内阻 Ri 和从电压源 Ue 流过负载的电流 IL 由以下关系确定：

如果

内阻 Ri 达到非常高的值。

请注意，当将全波整流器的元件引入其中时，电流发生器的所描述的属性也被保留。因此，有效内阻增加至大约 36 kOhm。电阻R16-R20必须使用准确（偏差不超过1%）。独立计算电阻器阻值时，还必须考虑R22，重点关注系数值

对于DA3，使用了具有高增益截止频率的运算放大器，而与频率相关的整流误差可以忽略不计。该宽带开环运算放大器的直流增益约为1500，因此选择具有低正向电压的二极管VD2和VD3。电容C11和C13将DA3与OOS电路中的二极管隔离，运放偏置电压不影响测量结果。其 pnp 晶体管输入级的典型基极电流值 IB = 2,8 μA，这提供了电阻器 R22 两端相对于 DA3 运算放大器输出约 0,9 V 的压降，足以使钽电容器 C13 极化。

校正测量 |ZН| 电压从二极管VD2的阴极去除。它由两部分组成：负半波对应于负载ZH处的电压，该电压的正半波放大了α倍。积分电路 R21C14 从该不对称交流电压形成平均值 UC14，它是输出整流电压（以毫伏为单位），在数值上等于阻抗模数（以欧姆为单位）：

使用两个比较器 DA4 和 DA5 以及 DD1 微电路确定测量电流和作用在负载上的电压之间的相移幅度。无论负载电阻如何，交流电压作用在电阻器R23上，其幅值的两倍大于作用在二极管VD2、VD3上的电压之和，因此即使在低电阻负载下，DA4比较器也能清晰地切换。作用于 DA2.3 输出的正弦电压由 DA5 比较器转换为矩形电压。

在比较器之后，两个信号均由 DD1 微电路的四个并联 XOR 元件进行处理，这些元件的电源电压相对于公共导线的大小相等。因此，在通过元件 R1-R28、C33 和 C19 对来自输出 DD20 的电压脉冲进行积分后，其平均值对应于测量电流和落在电阻 ZH 上的交流电压之间的相移（以度为单位）。

该设备由带有集成稳压器的独立单元供电。它提供相对于公共线为+6,7V的双极性电源电压，总值调整在+15%以内。

200欧姆精密电阻适合校准阻抗计。然后，在例如100Hz的信号频率下，电阻器R14在负载处设置电压UZ＝200mV。电压 Uf 必须仅通过调节电源电压来设置。 R24C16 电路补偿 DA3 上的有源整流器引起的一些相移。由此，进行高频时调谐电阻R24的设定，使得无感负载虚拟电阻（f=0°）不存在相移。

为了校准相位计，两个比较器的输出暂时连接到-6,7 V电源总线，并将微调电阻R33滑块设置到获得Uf = -900 mV的位置。

关于更换设备元件的可能性。

TL084运放微电路可以用TL074、TL082或国产K574UD2代替（最后两个微电路封装中包含两个运放）。作为放大器和比较器DA3-DA5，您可以使用K1401UD6芯片，该芯片各包含一个运算放大器和一个比较器。不过，LM311 比较器可以用具有开路集电极输出的其他比较器替换 - LM306、LM393、K554CA3、KR521CA3。 EL2044CN运放可以更换为另一宽带运放；大多数运放的输入级采用npn结构晶体管，因此需要改变电容器C13的开关极性。

二极管VD1-VD3（带肖特基势垒）直接连接时电压降低；被KD922(A-B)、KD523A取代。但如果宽带运放DA3的增益大于5000，则可以使用KD503、KD518、KD520系列二极管。

CD4030国内有对应的K561LP2。在PSU整流器中，可以使用任何指数的二极管KD521、KD522和可调双极电压调节器KR142EN6（NE5554）的微电路。

我们还注意到，几乎所有函数发生器都适合用作正交信号发生器，其结构中包含积分器和输出阻抗不超过 50 欧姆的三角波到正弦信号转换器。

作者：Kuhle H. Messchaltung fur Lautsprecher。 - 广播电台

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